4. Структуры эвм

   1. Обобщенная структура эвм

Простейшая структура ЭВМ с локальными шинами между ее устройствами, приведена на рисунке 1.4.1.

Рисунок 1.4.1-Обобщенная структура ЭВМ

В состав ЭВМ входят:

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, более короткое обозначение- оперативная память ОП);

- процессор;

- устройство ввода- вывода (УВВ, другое обозначение- периферийное устройство ПУ);

- пульт контроля и управления (ПКУ).

Процессор предназначен для обработки информации. Он состоит из 2-х частей: УУ - устройство управления (управляющий автомат), и АЛУ - арифметико-логическое устройство.

Обработку информации процессор осуществляет под управлением программы, хранящейся в ОЗУ. В ОЗУ наряду с программой также хранятся и данные, подлежащие обработке. Программа и данные поступают из ОЗУ в процессор по каналу связи между ОЗУ и процессором, называемым в вычислительной технике шиной. Такие же шины соединяют процессор и с другими устройствами ЭВМ.

УВВ предназначено для ввода программ и данных в ОЗУ, то есть они сначала подготавливаются либо в виде перфокарт (ПФК), перфолент (ПФЛ), либо в виде магнитных лент, магнитных дисков и т.п., а затем вводятся в ОП машины. После этого программа запускается на обработку. В современных машинах диалогового режима данные в ОП могут заноситься и непосредственно с клавиатуры.

ПКУ предназначен для ручного пуска различного рода тестовых программ, контроля хода вычислительного процесса или функционирования устройств ЭВМ.

2. Структура эвм на основе общей шины

При организации ЭВМ на основе общей шины (ОШ) взаимодействие между ее устройствами осуществляется через общую шину, к которой подключены все устройства, входящие в состав ЭВМ.

Рисунок 1.4.2- Структура ЭВМ на основе ОШ

Взаимодействие между всеми устройствами ЭВМ осуществляется в режиме разделения времени общей шины (т.е. поочередно). Такой способ не обеспечивает (принципиально) высокой пропускной способности, ввиду чего производительность ЭВМ ниже, чем при наличии локальных шин между различными устройствами ЭВМ. Однако простота реализации и возможность построения ОШ с высокой пропускной способностью обеспечили широкое использования такой структуры в персональных ЭВМ (ПК) и микропроцессорных системах (МПС).

4. Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируются ЭВМ?

2. В чем различие структур ЭВМ на основе локальных шин и общей шины?

3. Каково назначение процессора в ЭВМ?

4. Назначение ОП и УВВ?

2. Архитектура классической эвм

1. Принцип программного управления

Принцип программного управления впервые был реализован в ЭВМ “Марк-1”. Он заключается в том, что алгоритм вычислений (например, вычисление некоторого выражения) преобразуется в упорядоченную последовательность команд, преобразующих исходные данные (операнды) в результат. Таким образом действия, предписанные алгоритмами, закладываются в команды (например действия по сложению, вычитанию, умножению и делению чисел, логическим операциям над ними и т.д.). Последовательность команд называется программой. Программа управляет ходом вычислительного процесса.

Пусть, например, необходимо вычислить выражение: .

Возможная программа его вычисления содержит следующие команды:

1-я команда: умножить операнд a на b;

2-я команда: сохранить результат умножения (a*b) в ОП;

3-я команда: сложить операнды a и b ;

4-я команда: умножить результат (a+b) на c;

5-я команда: считать из ОП (a*b);

6-я команда: разделить результат (a*b) на результат (a+b)* c.

Если числа представлены в двоичной системе счисления, и команды также закодированы двоичным кодом, то для реализации программы можно ввести следующую систему команд:

КОП

1-й операнд

2-й операнд

где КОП-код операции, или закодированные в двоичной системе счисления операции (+,-, /, * и т.д.), выполняемые процессором.

Такой подход к реализации команд приводил к очень длинным программам, так как в перфоленточных устройствах, используемых в первых ЭВМ для ввода программ, отсутствовала возможность возврата к ранее выполненным участкам программ. Пусть, например, нам необходимо вычислить выражение:

Программа вычислений в предложенной системе команд будет следующей:

1-я команда: умножить a₀ на b₀;

2-я команда: умножить a₁ на b₁;

3-я команда: сложить результат 1-й команды с результатом 2-й команды;

4-я команда: умножить a₂ на b₂;

5-я команда: сложить результат 3-й команды с результатом 4-й команды:

6-я команда: умножить a₃ на b₃;

7-я команда: сложить результат 3-й команды с результатом 4-й команды и т.д.

При использовании предложенной системы команд программа будет состоять из n - команд умножения и n - команд сложения, всего - из 2n-команд. Большое количество команд обусловлено тем, что нет возможности оперативного возврата к некоторым участкам программы, которые могли бы выполняться многократно.